Buckminsterfullerene
Η C60 ιδρύθηκε το 1985 από τους Robert Curl, Harold Kroto και Richard Smalley. Το 1990, ο W. Kretschmer περιέγραψε την πρώτη πραγματική σύνθεση του C60, ενός μορίου που έχει σχήμα μπάλας και ονομάζεται Buckminsterfullerene. Το πείραμα του Kroto περιλαμβάνει μια τεχνική που χρησιμοποιεί ένα λέιζερ για την εξάτμιση μιας ράβδου γραφίτη σε μια στρατόσφαιρα ηλίου για την παραγωγή πλάσματος άνθρακα. Ο γραφίτης είναι ο πρόδρομος του C 60 . Το Buckminsterfullerene είναι το πιο κοινό φυσικό φουλερένιο και βρίσκεται σε βαθιές μαύρες σκόνης ουσίες που αποτελούνται κυρίως από άμορφο άνθρακα. Το Buckminsterfullerene περιέχει είκοσι εξαμελείς δακτυλίους και δώδεκα πενταμελείς δακτυλίους. Τα ομόλογα που μοιράζονται ένα πενταμελές και ένα εξαμελές δαχτυλίδι έχουν μήκος 1,45 Å. Η σημασία του Buckminsterfullerene φαίνεται στην ιατρική επιστήμη, τη νανοτεχνολογία, τα λιπαντικά και ως καταλύτης. Το μόριο C60 μπορεί να ονομαστεί η μικρότερη μπάλα ποδοσφαίρου στον κόσμο.
Δομή του Buckminsterfullerene
Το Buckminsterfullerene είναι ένα κομμένο εικοσάεδρο με 60 κορυφές και ένα άτομο άνθρακα στις κορυφές κάθε πολυγώνου και 32 όψεις εκ των οποίων, 20 είναι εξάγωνα και 12 είναι πολύγωνα και έχουν έναν δεσμό κατά μήκος όλων των άκρων του πολυγώνου. Η εξωτερική διάμετρος του μορίου C60 είναι 7,10 Å, όλα τα άτομα άνθρακα είναι πανομοιότυπα και υφίστανται υβριδισμό sp2, κάθε άτομο άνθρακα σχηματίζει τρεις δεσμούς Sigma με τρία άλλα άτομα άνθρακα. Το αχρησιμοποίητο ηλεκτρόνιο σε κάθε άνθρακα μετατοπίζεται σε μοριακά τροχιακά, τα οποία με τη σειρά τους δίνουν έναν αρωματικό χαρακτήρα στο μόριο. Τα ιόντα C60 είναι διατεταγμένα προσανατολιστικά στο πλέγμα. Το Buckminsterfullerene κρυσταλλώνεται σε ένα κεντροκεντρικό κυβικό πλέγμα με μεγάλες οκταεδρικές και μικρότερες τετραεδρικές οπές. Τα κλειστά φουλερένια, ειδικά το C60, ονομάζονται επίσης περιστασιακά buckyballs. Το Buckyball είναι ένα νανοσωματίδιο που χαρακτηρίζεται από σφαιρική γεωμετρία και είναι κοίλο από μέσα και περιλαμβάνει 60 άτομα άνθρακα.
Ιδιότητες του Buckminsterfullerene
Το Buckminsterfullerene ήταν το μεγαλύτερο γνωστό μόριο που σημειώθηκε ότι παρουσίαζε δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου. Είναι ένα στερεό, συνήθως μαύρο, που διαλύεται και γίνεται διάλυμα σε οργανικούς διαλύτες όπως βενζόλιο, τολουόλιο κ.λπ. για να παραχθεί ένα ιώδες διάλυμα. Είναι σχεδόν αδιάλυτο στο νερό. Το στερεό C60 είναι τόσο μαλακό όσο ο γραφίτης, αλλά όταν συμπιέζεται σε λιγότερο από το 70 τοις εκατό του όγκου του, μετατρέπεται σε μια πιο σκληρή μορφή του διαμαντιού. Το Buckminsterfullerene έχει μέση διάμετρο 0,7 nm και μέση πυκνότητα 1,72 g/cm3. Η θερμότητα υδρογόνωσης του buckminsterfullerene είναι 38,1 kJ/mole.
Το Buckminsterfullerene έχει μοριακή μάζα 720,64 g/mole. Τα σημεία τήξης και βρασμού του είναι περίπου 553 k και 800 k, αντίστοιχα. Το μόριο μπορεί να αντέξει υψηλές θερμοκρασίες και υψηλές πιέσεις. Η θερμική του αγωγιμότητα είναι 0,4 W/mK (300 K) και η ηλεκτρική αντίσταση είναι 1014 Ohms/m.
Η χημική αντίδραση του Buckminsterfullerene
- Υδρογόνωση
Το C60 εμφανίζει μια μικρή ποσότητα αρωματικού χαρακτήρα και μια αντίδραση προσθήκης με υδρογόνο για να δώσει πολυυδροφουλλερένια. Αντιδρά με το λίθιο παρουσία υγροποιημένης αμμωνίας, που συνοδεύεται από βουτανόλη τριών βαθμών για να δώσει μια σύνθεση πολυυδροφουλλερενίων.
- Cycloaddition
Τα μόρια C60 μπορούν να υποστούν αντίδραση κυκλοπροσθήκης δίνοντας την ένωση με δομή αλτήρα C120. Η σύζευξη επιτυγχάνεται γρήγορα με
δονητικός μύλος παρουσία KCN, ο οποίος συμπεριφέρεται ως καταλύτης. Η αντίδραση είναι μεταβλητή καθώς το C120 διασπάται ξανά σε δύο μόρια C60 όταν θερμαίνεται στους 450 K. Η επαναλαμβανόμενη κυκλοπροσθήκη μεταξύ C60 σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό πολυμερισμένου φουλερενίου.
- Αλογόνωση
Το Buckminsterfullerene παρουσιάζει μια πρόσθετη αντίδραση με το αλογόνο. Η δομή του μετατρέπεται σε μόριο σε σχήμα τυμπάνου μετά από αντίδραση με φθόριο και χλώριο.
- Αντίδραση με άτομα οξυγόνου
Διαλύματα buckminsterfullerene αντιδρούν με άτομα οξυγόνου για να σχηματίσουν το εποξείδιο C60O. Το Buckminsterfullerene αντιδρά με το όζον παρουσία 1,2-διμεθυλβενζολίου (ο-ξυλένιο) στους -16 βαθμούς Κελσίου για να δώσει ένα ενδιάμεσο προϊόν που είναι ανάλογο με το όζον που ονομάζεται επίσης όζον. Το C60O3 μπορεί να αποσυντεθεί σε δύο μορφές C60O. Η αποσύνθεση του C60O3 στους 23 βαθμούς Κελσίου δίνει το εποξείδιο. Ωστόσο, η αποσύνθεση ή ο διαχωρισμός των μορίων παρουσία φωτός δίνει ένα προϊόν στο οποίο το άτομο Ο είναι παρόν στη θέση της κεφαλής της γέφυρας.
Σημασία του Buckminsterfullerene
Η σημασία του Buckminsterfullerene θεωρείται στη φαρμακοβιομηχανία ως :-
- Το buckminsterfullerene δρα ως αντιοξειδωτικό και συμβάλλει στη μείωση των βλαβών που οφείλονται στο οξυγόνο.
- Λειτουργεί ως αντιιικός παράγοντας και βοηθά στην καταπολέμηση των ιών που μπορούν να προκαλέσουν ασθένειες.
- Χρησιμοποιείται σε συστήματα χορήγησης γονιδίων και φαρμάκων.
- Λειτουργεί ως βασικό φάρμακο στη φωτοδυναμική θεραπεία.
- Η σημασία του φαίνεται επίσης στη θεραπεία της ριζοπάθειας (μια ασθένεια της ρίζας του νεύρου).
Σημασία και εφαρμογές του Buckminsterfullerene με βάση τις οξειδοαναγωγικές του ιδιότητες :-
- Χρησιμοποιείται στη θεραπεία φθοράς.
- Χρησιμοποιείται επίσης στη θεραπεία της οστεοπενίας και βοηθά στην καταπολέμηση της σκλήρυνσης κατά πλάκας.
Συμπέρασμα
Το Buckminsterfullerene είναι το πιο κοινό φυσικό φουλερένιο. Είναι το τρίτο αλλοτρόπο του άνθρακα και βρίσκεται σε βαθιές μαύρες σκόνες ουσίες που αποτελούνται κυρίως από άμορφο άνθρακα. Το Buckminsterfullerene περιέχει είκοσι εξαμελείς δακτυλίους και δωδεκαπενταμελείς δακτυλίους. Έχει σχήμα μπάλας ποδοσφαίρου και λέγεται και buckyballs. Το C60 παρουσιάζει έναν μικρό αρωματικό χαρακτήρα και διαλύεται σε οργανικούς διαλύτες όπως το βενζόλιο και το τολουόλιο και είναι αδιάλυτο στο νερό. Το Buckminsterfullerene είναι συνήθως ένας μονωτήρας, αλλά συμπεριφέρονται ως ημιαγωγοί όταν εμποτίζονται με αλκαλικά μέταλλα. Η σημασία και η εφαρμογή του Buckminsterfullerene θεωρούνται σε πολλές βιομηχανίες ως αντιοξειδωτικά, καλλυντικά, αντιιικοί παράγοντες και συστήματα χορήγησης φαρμάκων.
